【前沿视角】山东大学Desalination论文：Janus结构的PVA/rGO水凝胶蒸发器，可实现高效脱盐、盐分收集及油水分离

2026年，《Desalination》期刊在线发表了题为“Janus structured 3D PVA/rGO hydrogel evaporator for highly efficient desalination, salt collection and oil-water separation”的研究性论文。研究团队从材料组成和结构设计两方面对蒸发器进行系统优化，以提升光吸收与光热转换效率、降低蒸发焓、扩大蒸发界面、促进蒸汽逸出并增强环境能量收集能力。经优化后的蒸发器蒸发速率可达3.71 kg m⁻² h⁻¹。蘑菇状Janus结构可实现局部优先盐结晶，并为侧壁蒸发提供额外加热，从而在脱盐过程中防止蒸发界面盐垢形成。《Desalination》期刊2025年影响因子为9.8，是一份跨学科期刊，发表关于海水淡化材料、工艺及相关技术的高质量论文。

摘要

该研究提出了一种Janus结构PVA/rGO水凝胶太阳能驱动蒸发系统，旨在实现高效脱盐与废水回用，以缓解日益严重的淡水资源短缺和污染问题。为深入探索蒸发潜力，研究团队从材料组成和结构设计两方面对蒸发器进行系统优化，以提升光吸收与光热转换效率、降低蒸发焓、扩大蒸发界面、促进蒸汽逸出并增强环境能量收集能力。经优化后的蒸发器蒸发速率可达3.71 kg m⁻² h⁻¹。蘑菇状Janus结构可实现局部优先盐结晶，并为侧壁蒸发提供额外加热，从而在脱盐过程中防止蒸发界面盐垢形成。水下供水通道的超亲水-疏油处理在太阳能蒸发过程中实现了高效的油水分离与废水净化。此外，Janus结构蒸发器在酸性、碱性和有机溶液中均表现出优异的工作性能，具备出色的长期运行和环境适应性，并展现出良好的经济性。为研究人员设计和制造高效3D太阳能蒸发器以实现海水淡化和废水净化，从而获取淡水资源提供了灵感。

研究背景

水资源在生命演化和人类文明发展中扮演着至关重要的角色。然而，水资源的地理分布不均，严重限制了人类的社会经济活动。随着人口增长、城市化和工业化进程的加速，以及气候变化和环境污染的影响，人类居住地正面临严重的淡水短缺问题。传统的海水淡化技术，如热蒸馏、电渗析和反渗透等，由于高能耗和对生态环境的潜在负面影响，面临着可持续发展的压力。此外，这些技术的高资本投资和复杂的系统及工艺限制了其在一些欠发达和分散地区的应用。太阳能驱动界面蒸发（SDIE）技术利用绿色可持续的太阳能加热水-气界面，实现快速水蒸发和淡水收集。该技术具有良好的环境性能和较低的投资及运营门槛，被认为是传统海水淡化技术的理想替代品。PVA水凝胶因其易于获取和加工、良好的亲水性、高度可调的组成和结构以及低环境影响等优点，被广泛用作构建高效光热材料的基础。然而，目前PVA基太阳能驱动界面蒸发器面临两大挑战：一是需要显著提高能量收集效率，二是需要确保长期稳定运行且具有良好的抗污染能力。在海水淡化过程中，长期运行导致的盐积累会降低光吸收、光热转换、界面蒸发和水蒸气逸出等性能。此外，含油物质对蒸发器的污染也会严重影响其应用效果。因此，开发具有抗污染能力的高效蒸发材料成为研究热点。通过优化光吸收材料和调节蒸发器的内部和外部结构，可以显著提高SDIE过程的工程应用性。同时，将环境能量收集技术与抗污染设计相结合，有助于实现高效且长期稳定的蒸发性能。此外，多功能集成（如海水淡化、油水分离和废水处理）成为蒸发器设计的新趋势。Janus结构因其独特的物理化学性质，在蒸发器设计中展现出巨大潜力。通过设计Janus结构，可以在蒸发过程中提供额外的加热效应和局部盐结晶，从而防止盐污染并提高蒸发效率。这种结构为开发高效、稳定且多功能的太阳能蒸发器提供了新的思路。

研究亮点

• 文章提出了一种蘑菇状Janus结构的PVA/rGO水凝胶太阳能蒸发器，该结构不仅提高了光吸收和光热转换效率，还通过局部优先盐结晶机制防止了蒸发界面的盐污染，实现了高效的海水淡化和油水分离。
• 蒸发器通过超亲水/疏油处理实现了高效的油水分离。在处理含油废水时，能够防止油类物质污染蒸发器，同时实现油水的有效分离和纯化。这一特性使得该蒸发器在处理工业含油废水方面具有巨大潜力。

总结展望

本研究开发了一种Janus结构聚乙二醇/还原氧化石墨烯水凝胶三维太阳能蒸发系统，用于高效海水淡化和废水净化，以缓解日益严重的淡水资源短缺与污染问题。为实现卓越的太阳能蒸发效果，我们在设计与制造过程中采用了多项策略：通过调控聚乙烯醇水凝胶的组成与多孔结构，提升光吸收与光热转换效率、降低蒸发焓、优化蒸发界面并促进蒸汽逸出；采用“蘑菇”结构减少蒸发界面向主体水体的热量流失，实现良好的热管理；Janus结构双层结构提供额外加热并促进局部盐结晶，加速蒸发过程、防止盐垢形成并实现盐捕获；对供水通道进行超亲水-疏油处理，防止油性物质污染蒸发系统，从而通过太阳能蒸发实现高效的油水分离与废水净化。此外，制备的JP三维太阳能蒸发器在多种盐溶液中展现出优异的长期运行稳定性和蒸发性能，对有机溶液、酸性及碱性废水等净化需求均具有良好的适应性。户外蒸发实验数据显示，经过优化的JP太阳能蒸发器在日间光照条件下，总产水量可达17.28kg.m^-2.d^-1。通过蒸发-冷凝联合运行模式，有效降低了收集冷凝液中主要离子的浓度，完全符合国际饮用水标准。简而言之，JP三维太阳能蒸发器不仅具备卓越的蒸发性能，更兼具高性价比和经济可行性。这项研究成果将为高性能三维太阳能蒸发器的研发开辟新路径，助力通过海水淡化和废水处理技术实现淡水资源的可持续开发。

论文引用

Yuchen Yan, Mengying Yuan, Siyuan Yin, Xiufeng Li, Yun Wang, Jiurui Liu, Bo Song,Janus structured 3D PVA/rGO hydrogel evaporator for highly efficient desalination, salt collection and oil-water separation, Desalination, 618, 2026, 119489, https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.119489.